JP5589554B2

JP5589554B2 - 化成処理性に優れた高張力鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP5589554B2
Application number: JP2010114053A
Authority: JP
Inventors: 昇輝藤田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2030-05-18
Also published as: JP2011240431A

Description

本発明は、化成処理性に優れた高Ｓｉ含有高張力鋼板の製造に際して、焼鈍後にＳｉ含有酸化物層を効率よく除去して、化成処理性に優れた鋼板を得るための製造方法に関するものである。

近年、地球環境の保全という観点から自動車の燃費改善が求められている。また、衝突時における乗員保護の観点から自動車の安全性向上も要求されている。このため、自動車の車体には軽量化と高強度化が必要とされ、最近では、自動車部品の薄肉化と高強度化が積極的に行われている。

一方、自動車部品の多くは鋼板をプレス成形して製造されることから、鋼板には高いプレス成形性、特に高い強度と高い延性、すなわち優れた強度-延性バランスが強く求められる。高い延性を有する高強度冷延鋼板には、強化元素としてＳｉやＭｎが多量に含有される場合が多く、焼鈍時にＳｉやＭｎの酸化物が鋼板表面に形成される。

そのため、こうしたＳｉ、Ｍｎ含有量の多い高強度冷延鋼板は、次工程にて化成処理を行ったとしても、均一かつ微細に化成結晶を形成させることができず、部分的に欠損した表面状態となる。この様な化成処理不良の鋼板表面では電着塗装等の塗装を施したとしても、密着性の良好な塗膜が得られないばかりでなく、塗装後の耐食性が劣化することとなる。

これまで、この様な課題を解決すべく様々な技術が提案されており、例えば、特許文献１には、焼鈍炉出側に配置した液体噴射装置から、気体を加圧溶解した液体を吹付けることにより、鋼帯表面に生成した濃化物を除去する方法が開示されている。また、特許文献２〜５には、特定酸素分圧の条件で焼鈍した後、特定速度で冷却を行い、表面を特定厚さの研削を行った後、酸洗して酸化膜を除去する方法が開示されている。

特開２００２−２７５５４５号公報特開２００３−２２６９２０号公報特開平5−３１７９４９号公報特開平７−７０７２４号公報特開平７−２５２６２４号公報

しかしながら、Ｓｉ及びＭｎをそれぞれ０．５質量％以上含有する高張力鋼板に焼鈍を施すと、非常に強固で、かつ厚肉なＳｉ及びＭｎ含有酸化物層が鋼板表面に形成されるため、酸化物層の形成直後での機械的除去方法では、母材と酸化物層の境界まで研削が進行しないことが多い。また、研削減量のみの評価では表層酸化物の減量と母材の地鉄減量のどちらが主体となっているかを判断するのは困難であり、表層酸化物が完全に除去されているかを判定するには限界があった。

発明者は、生産性を落とすことなく、焼鈍後に形成されたＳｉ及びＭｎ含有酸化物層を効率よく除去して、化成処理性に優れた鋼板を得る方法について検討を重ね、以下の知見を得た。

表層酸化物が主体となって除去されたかを判断するには研削減量だけでなく、研削前後で表面粗度が減少していることが必要であると考えられる。

従って、焼鈍直後及び研削後の鋼板表面粗さをモニタリングし、研削前後で表面粗度が減少するように研削を行う必要があり、具体的には研削手段（例えば、回転研削体）の入側に供給されるクーラントの流量を調整することで研削量を調整する。

また、表層に形成される酸化物層のうち、Ｍｎ含有酸化物は酸に可溶であることから、表層酸化膜除去の第一段階として、酸洗を行うことにより、Ｍｎ含有酸化物が優先的に除去され、かつ、除去されたＭｎ含有酸化物より露出した母材とＳｉ含有酸化物層との境界に酸が浸透することで、酸化物層の剥離強度が低下する。

焼鈍炉出側の鋼板温度は比較的高温であることから、高温を維持したまま酸洗を行うことで酸との反応が促進され、酸洗減量が増加する。

次いで、機械的研削を行うことで、剥離強度が低下したＳｉ含有酸化物層を効率よく除去できるので、部分的に酸化物層が残存しない鋼板全面にわたって均一な研削表面が得られる。
本発明は、上記した知見に基づきなされたもので以下のような特徴を有する。

第一の発明は、質量％で、Ｓｉ及びＭｎをそれぞれ０．５％以上含有する高張力鋼板を連続焼鈍した後に鋼板表面粗さＲａを測定し、該鋼板に対して、酸洗処理を行い、続いて、表面研削し、表面研削後の鋼板表面粗さＲａを測定し、その測定値が前記連続焼鈍後の鋼板表面粗さＲａよりも小さくなるように、前記表面研削時に供給されるクーラントの流量を調整することを特徴とする化成処理性に優れた高張力鋼板の製造方法である。

第二の発明は、前記表面研削は、砥粒を含む、少なくとも上下一対の回転研削体にて研削し、表面研削後の鋼板表面粗さＲａを測定し、その測定値が連続焼鈍後の鋼板表面粗さＲａよりも小さくなるように、前記回転研削体の入側に供給されるクーラントの流量を調整するものであることを特徴とする第一の発明に記載の化成処理性に優れた高張力鋼板の製造方法である。

第三の発明は、酸洗及び研削による鋼板質量の減少量をＦｅ換算で４ｇ／ｍ^２以上とすることを特徴とする第一の発明または第二の発明に記載の化成処理性に優れた高張力鋼板の製造方法である。

第四の発明は、前記酸洗に供する高張力鋼板の鋼板温度を８０℃以上とすることを特徴とする第一の発明乃至第三の発明のいずれかに記載の化成処理性に優れた高張力鋼板の製造方法である。

第五の発明は、前記クーラントを超音波で加振することを特徴とする第一の発明乃至第四の発明のいずれかに記載の化成処理性に優れた高張力鋼板の製造方法である。

第六の発明は、前記超音波の周波数帯域を１ｋＨｚ〜３ＭＨｚとすることを特徴とする第五の発明に記載の化成処理性に優れた高張力鋼板の製造方法である。

本発明によれば、高Ｓｉ、高Ｍｎ含有鋼板であっても焼鈍で生ずる表層酸化物を完全に除去し、全面に亘って良好な化成被膜を形成させることができるため、高張力鋼板において強度と加工性だけでなく塗装後耐食性の両立が図れる。

本発明に係る鋼板研削工程における、上下一対のブラシロール及びその他付帯設備の一例を模式的に示す説明図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態の一例を説明する。

本発明の高張力鋼板の製造方法においては、Ｓｉ及びＭｎをそれぞれ０．５質量％以上含有する鋼板を用いる。鋼板組成については、Ｓｉ及びＭｎ量がそれぞれ０．５質量％未満では焼鈍時に鋼板表層に濃化する量も僅かであるので、特別な前処理を施さなくても充分な化成処理性が確保されるので、Ｓｉ及びＭｎ量をそれぞれ０．５質量％以上とする。Ｓｉ及びＭｎ量の上限は特に規定しないが、鋼中Ｓｉ及びＭｎ量がそれぞれ３質量％を超えると鋼板の加工性が劣化する傾向があるため、Ｓｉ及びＭｎ量はそれぞれ３質量％以下が望ましい。

他の成分については、Ｃ、Ｐ、Ｓ、ｓｏｌ．Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂ等が適量添加された鋼板においても本発明の趣旨が損なわれることはない。

焼鈍後に生成する表層酸化膜に対し、表層酸化膜除去の第一段階として、酸洗を行う。第一段階として、酸洗を行うことにより、酸に可溶なＭｎ含有酸化物が優先的に除去される。同時に、除去されたＭｎ含有酸化物より露出した母材とＳｉ含有酸化物層との境界に酸が浸透することで、Ｓｉ含有酸化物層の剥離強度が低下する。

前記酸洗は、濃度が５体積％以上の塩酸または硫酸を用いて５秒間以上、より好ましくは８秒間以上行うことが好ましい。また、酸洗槽に進入する鋼板の温度は８０℃未満だと酸洗での促進効果が消失する傾向があるため、酸洗槽に進入する鋼板の温度は８０℃以上であることが望ましい。

次いで、回転研削体にて機械的研削を行うことで剥離強度が低下したＳｉ含有酸化物層が除去される。前記酸洗及び回転研削体による研削減量の合計（Ｆｅ換算）が４ｇ／ｍ^２未満では、Ｍｎ及びＳｉ含有酸化物層が全面に渡って均一に除去されず、化成結晶が欠損した表面状態となるため、研削減量の合計は４ｇ／ｍ^２以上であることが好ましい。研削減量の合計の上限は特に規定しないが、研削減量が１５ｇ／ｍ^２を超えると材料歩留が悪化する上、作業能率も悪くなる傾向があるため、研削減量の合計は１５ｇ／ｍ^２以下であることが望ましい。

研削手段は特に限定せず、研磨布紙、ワイヤブラシ、砥粒入ナイロンブラシ、弾性砥石ロール等の何れを用いてもよいが、ＪＩＳ−Ｒ６００１規格の砥粒番号は♯６０〜♯４００、より好ましくは♯８０〜♯２４０であることが望ましい。また、研削体の回転数は６００〜１５００ｒｐｍが好ましい。

上記研削後の鋼板表面粗さＲａ及び焼鈍後の鋼板表面粗さＲａはモニタリングされ、研削前後で鋼板表面粗さＲａが減少するように、コントローラーからの指令によって研削手段（例えば、回転研削体）の入側のクーラント流量が調整される。回転研削体に供給されるクーラント流量を調整することで研削体及び鋼板との接触面積が調整されると共に、研削を促進させると考えられる脱落した砥粒や研削粉の滞留時間が変化し、研削量が調整できる。

上記鋼板表面粗さＲａの測定手段は、非接触及び分解能の観点から、レーザー方式が望ましいが、これに限定されず、光学方式や接触式等の何れを用いても良い。
なお、鋼板表面粗さは、算術平均粗さＲａで表示し、その測定方法は、ＪＩＳＢ０６０１−２００１による。

また、研削手段（例えば、回転研削体）による研削を促進させたい場合は、回転研削体入側に形成されるクーラント溜りを超音波で加振するとより好ましい。

図１に示す例のように、回転研削体２の入側には超音波振動子４を備えており、クーラントヘッダー３よりクーラント５を供給した際に生じる回転研削体２の入側でのクーラント溜り部に所定周波数のパルス電圧を印加することにより超音波振動子４が振動してクーラント５に超音波が重畳される。上記、パルス電圧はいずれも図示しないパワーアンプ及び電源よりケーブルを介して供給される。

クーラントヘッダー３より吐出されたクーラント５が鋼板１の表面、裏面に直射すると、超音波の加振によりクーラント５内で発生した微小なキャビテーションが表層酸化物層及び母材と酸化物層との境界に侵入する。そして微小なキャビテーションが表層酸化物層及び母材と酸化物層との境界で侵入・消滅することで酸化物層の剥離強度が低下し、直後の機械的研削によって剥離強度が低下したＳｉ及びＭｎ含有酸化物層を効率よく除去できる。

クーラント５に与える振動の周波数帯域は、３ＭＨｚを越えると微小なキャビテーションによる表層酸化物層の研削効果が飽和する為、３ＭＨｚ以下とするのが好ましい。一方、１ｋＨｚ未満では、十分なキャビテーションが得られない為、１ｋＨｚ以上とするのが好ましい。

なお、Ｓｉ及びＭｎ含有量が少ない場合等、通常の機械的研削によって問題なく研削できる場合には、回転研削体２の入側での超音波による加振を停止し、通常のクーラント５を供給しても良い。

本実施の形態では、上下一対の回転研削体のみに限定されるものではなく、要求される製品の外観品質や性能を得ることができるのであれば１〜３組配置してもよいし、設備の設置スペースを確保できれば4組以上設置するようにしてもよい。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

連続焼鈍ラインにて、板厚１．２ｍｍで板幅９５０ｍｍの鋼中Ｓｉ濃度０．４〜１．５質量％、Ｍｎ濃度１．５〜２．５質量％の高張力鋼板を加熱焼鈍した後、化学的除去と機械的除去を組み合わせて表層酸化物層の除去を行い、調質圧延を実施した。その際、用いた鋼板の組成、研削条件、及び得られた鋼板の化成処理評価結果を表１に示す。

なお、連続焼鈍時のラインスピードは９０ｍｐｍとし、研削工程前後（焼鈍後および酸洗・研削後）にレーザー検出方式の表面粗度計を設置し実験を行った。鋼板表面粗さは、算術平均粗さＲａで表示し、その測定方法は、ＪＩＳＢ０６０１−２００１によった。

ここで、化学的除去となる酸洗条件は、酸として６０℃、濃度１０体積％の硫酸を使用し、酸洗時間はラインスピードから換算して１０秒であった。機械的除去では、ＪＩＳ−Ｒ６００１規格の砥粒番号♯８０の砥粒入ブラシを用い、回転方向はアップカット、ブラシ回転数１２００ｒｐｍ、圧下量３ｍｍとした。

化成処理では市販の化成処理薬剤（日本パーカライジング株式会社製パルボンドＰＢ−Ｌ３０２０）を用いて標準条件で高張力鋼板の化成処理を行った後、その表面を走査型電子顕微鏡にて５００倍で５視野観察し、面積率９５％以上の均一な化成結晶が５視野全てにおいて生成しているものを○とし、面積率５％超えの隙間が１視野でも認められた場合は×、として評価した。

本発明例では、研削前後で鋼板表面粗さＲａが減少するようにコントローラーからの指令によって回転研削体入側のクーラント流量が調整され、この時のクーラント流量は片面当り３００〜５００リットル／ｍｉｎ．に制御された。

表１に示すように、Ｎｏ．２〜４は発明例であり、Ｎｏ．１は参考例及びＮｏ．５〜７は比較例である。Ｎｏ．１は鋼中Ｓｉ量が発明の範囲外であるため、研削条件によらず良好な化成処理性が得られている。

Ｎｏ．５〜６では研削減量は発明の範囲内であるが、長手方向で平均して研削後の鋼板粗度が上昇していた。走査型電子顕微鏡においても、地鉄まで研削された凹部表面や凸部に一部Si含有酸化物が観察された。このため、化成処理においても部分的に結晶が欠損し化成処理不良となった。

Ｎｏ．７は、研削後鋼板粗度が焼鈍後の鋼板粗度よりも小さくなっておらず、部分的に化成不良となった。

これに対し、発明例であるＮｏ．２〜４のいずれも全面に渡って良好な化成被膜が得られ、かつ塗装密着性のよい強度・加工性に優れた冷延高張力鋼板が得られることが判る。中でも、Ｎｏ．４では回転研削体入側に形成されるクーラント溜りに超音波を加振することで、微小キャビテーションの発生による研削の促進効果により研削能が向上し、より平滑な表面が得られている。

１鋼板
２回転研削体
３クーラントヘッダー
４超音波振動子
５クーラント

Claims

質量％で、Ｓｉ及びＭｎをそれぞれ０．５％以上含有する高張力鋼板を連続焼鈍した後に鋼板表面粗さＲａを測定し、該鋼板に対して、酸洗処理を行い、続いて、表面研削し、表面研削後の鋼板表面粗さＲａを測定し、その測定値が前記連続焼鈍後の鋼板表面粗さＲａよりも小さくなるように、前記表面研削時に供給されるクーラントの流量を片面当たり３００〜５００リットル／ｍｉｎ．に制御し、該クーラントを超音波で加振することを特徴とする化成処理性に優れた高張力鋼板の製造方法。
前記超音波の周波数帯域を１ｋＨｚ〜３ＭＨｚとすることを特徴とする請求項１記載の化成処理性に優れた高張力鋼板の製造方法。
前記表面研削は、砥粒を含む、少なくとも上下一対の回転研削体にて研削することを特徴とする請求項１または２に記載の化成処理性に優れた高張力鋼板の製造方法。
酸洗及び研削による鋼板質量の減少量をＦｅ換算で４ｇ／ｍ^２以上とすることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の化成処理性に優れた高張力鋼板の製造方法。
前記酸洗に供する高張力鋼板の鋼板温度を８０℃以上とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の化成処理性に優れた高張力鋼板の製造方法。